JPH0766380A - Solid-state image sensing device - Google Patents

Solid-state image sensing device

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Publication number
JPH0766380A
JPH0766380A JP5162490A JP16249093A JPH0766380A JP H0766380 A JPH0766380 A JP H0766380A JP 5162490 A JP5162490 A JP 5162490A JP 16249093 A JP16249093 A JP 16249093A JP H0766380 A JPH0766380 A JP H0766380A
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JP
Japan
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solid
signal charge
film
layer
photoconductive film
Prior art date
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Pending
Application number
JP5162490A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hidetoshi Nozaki
秀俊 野崎
Hideo Ichinose
秀夫 市之瀬
Tetsuya Yamaguchi
鉄也 山口
Hisanori Ihara
久典 井原
貴子 ▲もたい▼
Takako Motai
Yoshiki Ishizuka
芳樹 石塚
Akihiko Furukawa
章彦 古川
Yoshinori Iida
義典 飯田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To reduce local leak current paths, by forming a photoconductive film of an amorphous silicon based film, and annealing said film by using heat and an energy beam. CONSTITUTION:A signal charge storing part 11, a signal charge reading part 14a, and a signal charge transferring part 12 are formed on a semiconductor substrate 10. A picture element electrode 19 connected electrically with the signal charge storing part 11 is formed in the uppermost layer. Thus a solid- state image sensing element chip 20 is constituted. Thereon a photoconductive layer 30 is formed, on which a transparent electrode 40 is formed. As to the photoconductive layer 30, the following are laminated in order from the solid- state image sensing element 20 side; a hydrogenated amorphous carbide layer (a-SiC:H) 31, a hydrogenated amorphous silicon layer (a-Si:H) 32, and an amorphous silicon carbide layer (a-SiC:H) 33. After that, the photoconductive film 30 is anealed by using heat and an energy beam. Thereby leak current paths caused by a lot of defects in the a-Si based film which are generated in the vicinity of the step-difference part of the picture element electrode 19 are reduced.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、光電変換膜として非晶
質シリコンを用いた光導電膜積層型の固体撮像装置に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photoconductive film laminated type solid-state image pickup device using amorphous silicon as a photoelectric conversion film.

【0002】[0002]

【従来の技術】非晶質シリコン(a−Si)は、水素原
子と合金化すると膜中のSi未結合手が水素原子で補償
されるため良質な半導体の性質を示し、また任意の基板
上に成膜できると共に高い光導電性があることが知られ
ている。そしてこの特徴を生かし、太陽電池,積層型固
体撮像装置,薄膜トランジスタ(TFT)を用いた液晶
ディスプレイ、さらに密着センサなどの半導体装置に広
く用いられている。
2. Description of the Related Art Amorphous silicon (a-Si) shows a good semiconductor property when it is alloyed with hydrogen atoms, because the Si dangling bonds in the film are compensated by hydrogen atoms. It is known that it can be formed into a film and has high photoconductivity. Utilizing this feature, it is widely used in semiconductor devices such as solar cells, stacked solid-state imaging devices, liquid crystal displays using thin film transistors (TFTs), and contact sensors.

【0003】しかしながら、基板上に急峻な段差やダス
トなどの異物が存在する場合には、その上に成長するa
−Si系膜(例えばa−Si:H,a−SiC:H,a
−SiN:H,a−SiGe:Hや微結晶を含んだa−
Si(μc−Si)膜)などの均質な成長が阻害され、
その部分のSiネットワークに歪みが加わる。その結
果、その部分のSi−Si結合長が通常の0.235n
mより引き伸ばされた状態となり、a−Si層の禁制帯
中に多数が欠陥準位が発生することになる。
However, when a steep step or foreign matter such as dust is present on the substrate, a grows on it.
-Si-based film (for example, a-Si: H, a-SiC: H, a
-SiN: H, a-SiGe: H and a-containing microcrystals
Homogeneous growth of Si (μc-Si) film, etc. is hindered,
Strain is applied to the Si network in that portion. As a result, the Si-Si bond length of that portion is 0.235n which is a normal value.
The state is extended from m, and many defect levels are generated in the forbidden band of the a-Si layer.

【0004】a−Si内に欠陥が多数存在すると、その
局所的な部分ではホッピング伝導などの機構によりリー
ク電流が流れやすくなってしまう。即ち、基板に急峻な
段差部や異物が存在すると、その近傍のa−Si系膜部
には容易にリーク電流パスが形成されてしまい、半導体
装置の性能を低下させる他歩留まりを低下させる原因に
なっていた。
When many defects are present in a-Si, a leak current easily flows in a local portion thereof due to a mechanism such as hopping conduction. That is, when a steep step portion or a foreign substance is present on the substrate, a leak current path is easily formed in the a-Si based film portion in the vicinity thereof, which is a cause of lowering the performance of the semiconductor device and lowering the yield. Was becoming.

【0005】一方、光電膜積層型固体撮像装置は、従来
の固体撮像素子を基本チップとして用い、この上に光導
電膜及び透明電極を積層したものであり、光電変換部の
開口率を大きくできる特徴を有する。光導電膜としてa
−Siを用いた光電変換部の形成においては、透明電極
からのキャリアの注入を阻止し、且つ変換効率を劣化さ
せない目的で、a−Siとa−Siより大きなバンドギ
ャップを有する材料、例えばアモルファス炭化シリコン
(a−SiC)等の材料との接合が形成されている。a
−Siとa−SiCの材料の組み合わせからなる光電変
換部の構成としては、a-SiC(n)/a-Si(i)/a-SiC(p) 、a-
SiC(i)/a-Si(i)/a-SiC(p) 、a-Si(i)/a-SiC(p)等が報告
されている。なおこの表記において、(i),(n),
(p)はそれぞれiタイプ,nタイプ,pタイプを表し
ている。nタイプ,pタイプの形成には、それぞれ例え
ばリン(P),ボロン(B)のドーピングが行われる。
On the other hand, the photoelectric film stack type solid-state image pickup device uses a conventional solid-state image pickup element as a basic chip, and a photoconductive film and a transparent electrode are stacked on the basic chip, so that the aperture ratio of the photoelectric conversion portion can be increased. It has characteristics. A as a photoconductive film
In the formation of the photoelectric conversion part using -Si, a-Si and a material having a band gap larger than that of a-Si, such as amorphous, are used for the purpose of preventing injection of carriers from the transparent electrode and not deteriorating conversion efficiency. A bond with a material such as silicon carbide (a-SiC) is formed. a
The photoelectric conversion part made of a combination of -Si and a-SiC materials includes a-SiC (n) / a-Si (i) / a-SiC (p),
SiC (i) / a-Si (i) / a-SiC (p), a-Si (i) / a-SiC (p), etc. have been reported. In this notation, (i), (n),
(P) represents i type, n type, and p type, respectively. To form the n-type and the p-type, for example, phosphorus (P) and boron (B) are doped, respectively.

【0006】これらの構造におけるa−SiC(p)層
の役割は、入射光を透過するための窓材としての役割
と、透明電極からのキャリアの注入を阻止する役割とが
ある。実際の素子動作においては、透明電極側を負にバ
イアスするため、後者の目的のためには、電子の注入を
阻止する性能を与えなければならない。実際、電子の注
入阻止のためにpタイプとしているわけであるが、その
性能を高めるためにはBドーピング濃度を高くする必要
があると考えられる。
The role of the a-SiC (p) layer in these structures has a role as a window material for transmitting incident light and a role for blocking injection of carriers from the transparent electrode. In the actual operation of the device, the transparent electrode side is negatively biased, and therefore, for the latter purpose, the performance of blocking the injection of electrons must be provided. In fact, the p-type is used to prevent injection of electrons, but it is considered necessary to increase the B doping concentration in order to improve the performance.

【0007】従来、a−SiC(p)層の形成には水銀
増感光CVD法及びプラズマCVD法が適用されてき
た。水銀増感光CVD法を用いた場合、pタイプとする
ためのBドーピング濃度は、SiとCの原子数の和に対
して0.25%程度が用いられてきた。しかし、水銀増
感光CVD法を用いてa−SiC層を形成する場合、反
応室内において有機水銀が生成される可能性が指摘さ
れ、同方法による形成は好ましくないと考えられてき
た。そこで、a−SiC(p)層の形成に際してはプラ
ズマCVD法が望まれる。しかし、a−SiC(p)層
をプラズマCVD法にて形成した場合、Bのドーピング
濃度を前記した0.25%程度とするとリーク暗電流が
大きくなってしまい、素子動作させた場合の微小白傷が
生じてしまうという新たな問題を招いた。
Conventionally, the mercury-sensitized CVD method and the plasma CVD method have been applied to the formation of the a-SiC (p) layer. When the mercury-sensitized CVD method is used, the B doping concentration for the p-type has been about 0.25% with respect to the sum of the numbers of Si and C atoms. However, it has been pointed out that organic mercury may be generated in the reaction chamber when the a-SiC layer is formed by using the mercury-sensitized CVD method, and it has been considered that the formation by the same method is not preferable. Therefore, the plasma CVD method is desired when forming the a-SiC (p) layer. However, when the a-SiC (p) layer is formed by the plasma CVD method, if the B doping concentration is set to about 0.25%, the leak dark current becomes large, and a minute white color when an element is operated is obtained. This caused a new problem of causing scratches.

【0008】また、光導電膜積層型固体撮像装置におい
ては、a−Si層で光電変換される信号電荷を収集し、
かつ蓄積ダイオードへ伝達する役割を果たす画素電極材
料として、TiやMoなどの高融点単体金属が用いられ
てきた。その理由は、一般に200〜300℃の基板温
度でa−Si層を堆積させるが、画素電極に高融点材料
を用いる方が拡散した金属原子によるa−Si層の汚染
を防止できるからである。
Further, in the photoconductive film laminated type solid-state image pickup device, signal charges photoelectrically converted in the a-Si layer are collected,
In addition, a refractory single metal such as Ti or Mo has been used as a pixel electrode material that plays a role of transmitting to the storage diode. The reason is that the a-Si layer is generally deposited at a substrate temperature of 200 to 300 ° C., but using a high melting point material for the pixel electrode can prevent contamination of the a-Si layer by diffused metal atoms.

【0009】しかしながら、TiやMoなどの高融点単
体金属を画素電極に用いると、デバイス動作時における
リーク暗電流が十分低減されないという問題が生じてい
た。リーク暗電流が十分小さくないと、固体撮像装置か
ら出力される画像の暗電流ムラ、つまり固定パターン雑
音が発生することになる。その原因は、デバイス動作時
ではa−Si層のダイオードに逆バイアスが印加される
が、その場合に画素電極からa−Si層への正孔注入が
効果的にブロックされていない点にあることが電流−電
圧特性の解析の結果判明した。
However, when a high melting point metal such as Ti or Mo is used for the pixel electrode, a problem arises in that the leak dark current during device operation cannot be sufficiently reduced. If the leak dark current is not sufficiently small, dark current unevenness of the image output from the solid-state imaging device, that is, fixed pattern noise will occur. The cause is that a reverse bias is applied to the diode of the a-Si layer during device operation, but in that case, hole injection from the pixel electrode to the a-Si layer is not effectively blocked. Was found as a result of analysis of current-voltage characteristics.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】このように従来、基板
上に急峻段差部や異物が存在する場合、その基板上にa
−Si層を成長させるだけの従来の方法では、a−Si
層中にリーク電流パスが形成されるのを防止することの
が困難であるため、固体撮像装置の性能低下や製造歩留
り低下などの問題があった。
As described above, conventionally, when a steep step or a foreign substance is present on the substrate, a
The conventional method of only growing a -Si layer is to use a-Si
Since it is difficult to prevent a leakage current path from being formed in the layer, there are problems such as a decrease in performance of the solid-state imaging device and a decrease in manufacturing yield.

【0011】また、積層型固体撮像装置において、光電
変換部に用いられているa−SiC(p)層は、透明電
極からの電子の注入を阻止する役割を担っているが、そ
の性能を高めるためにBドーピング濃度を0.25%、
或いはそれ以上とするハイドープの条件が用いられてき
た。このような条件下では、水銀汚染のないプラズマC
VD法によりa−SiC(p)層を形成すると、リーク
暗電流が大きく、素子動作時の微小白傷が発生してしま
うという問題があった。
Further, in the laminated solid-state image pickup device, the a-SiC (p) layer used in the photoelectric conversion portion plays a role of blocking injection of electrons from the transparent electrode, but enhances its performance. For this purpose, the B doping concentration is 0.25%,
Alternatively, higher doping conditions have been used. Under such conditions, plasma C free from mercury contamination
When the a-SiC (p) layer is formed by the VD method, there is a problem that a leak dark current is large and a minute white flaw is generated during the operation of the element.

【0012】さらに、積層型固体撮像装置の画素電極に
TiやMoなどの単体高融点金属を用いた場合、動作時
において画素電極からa−Si層ダイオードへの正孔注
入を効果的にブロックできないため、リーク暗電流が十
分低減されず固定パターン雑音(暗電流ムラ)が生じる
という問題があった。
Further, when a simple refractory metal such as Ti or Mo is used for the pixel electrode of the stacked solid-state image pickup device, hole injection from the pixel electrode to the a-Si layer diode cannot be effectively blocked during operation. Therefore, there is a problem that the leak dark current is not sufficiently reduced and fixed pattern noise (dark current unevenness) occurs.

【0013】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、a−Si層における局
所的なリーク電流パスが減少した高性能かつ製造歩留り
の高い固体撮像装置を提供することにある。
The present invention has been made in consideration of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a high-performance and high-yield solid-state imaging device in which a local leak current path in the a-Si layer is reduced. To provide.

【0014】また、本発明の他の目的は、a−SiC
(p)層のドーピング条件を最適化することにより、透
明電極からの電子の注入を阻止することができ、かつリ
ーク暗電流の低減をはかり得る固体撮像装置を提供する
ことにある。
Another object of the present invention is a-SiC.
An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of preventing injection of electrons from a transparent electrode and reducing leak dark current by optimizing the doping condition of the (p) layer.

【0015】さらに、本発明の他の目的は、デバイス動
作時でのリーク暗電流を十分低減させることができ、固
定パターン雑音特性が改善された固体撮像装置を提供す
ることにある。
Still another object of the present invention is to provide a solid-state image pickup device capable of sufficiently reducing leak dark current during device operation and having improved fixed pattern noise characteristics.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、次のような構成を採用している。即ち、本
発明(請求項1)は、半導体基板に信号電荷蓄積部,信
号電荷読み出し部及び信号電荷転送部を形成し、かつ最
上層に信号電荷蓄積部に電気的に接続される画素電極を
形成した固体撮像素子チップと、この固体撮像素子チッ
プ上に形成された光導電膜と、この光導電膜上に形成さ
れた透明電極とを備えた光導電膜積層型の固体撮像装置
において、光導電膜を非晶質シリコン系膜で形成し、か
つ局所的なリーク電流経路の数を減少させるために、非
晶質シリコン系膜に熱及びエネルギービームを用いてア
ニール処理を施すことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following configurations. That is, according to the present invention (Claim 1), a signal charge storage portion, a signal charge read portion, and a signal charge transfer portion are formed on a semiconductor substrate, and a pixel electrode electrically connected to the signal charge storage portion is formed on the uppermost layer. In the solid-state image pickup device of the photoconductive film stack type including the formed solid-state imaging device chip, the photoconductive film formed on the solid-state imaging device chip, and the transparent electrode formed on the photoconductive film, The conductive film is formed of an amorphous silicon-based film, and in order to reduce the number of local leakage current paths, the amorphous silicon-based film is annealed using heat and an energy beam. To do.

【0017】ここで、エネルギービームとしては、非晶
質シリコン系膜の禁制帯幅以上のエネルギーを有する波
長成分を含む光を用いるのが望ましい。また、本発明
(請求項2)は、半導体基板に信号電荷蓄積部,信号電
荷読み出し部及び信号電荷転送部を形成し、かつ最上層
に信号電荷蓄積部に電気的に接続される画素電極を形成
した固体撮像素子チップと、この固体撮像素子チップ上
に形成された光導電膜と、この光導電膜上に形成された
透明電極とを備えた光導電膜積層型の固体撮像装置にお
いて、光導電膜を、固体撮像素子チップ側のアモルファ
スシリコンと透明電極側のp型アモルファス炭化シリコ
ンとの接合を有する少なくとも2層に形成し、アモルフ
ァス炭化シリコンへのボロンのドーピング濃度をシリコ
ンと炭素の原子数の和に対し0.1%以下に設定したこ
とを特徴とする。
Here, it is desirable to use, as the energy beam, light containing a wavelength component having an energy not less than the band gap of the amorphous silicon film. In addition, the present invention (Claim 2) forms a signal charge storage part, a signal charge reading part, and a signal charge transfer part on a semiconductor substrate, and has a pixel electrode electrically connected to the signal charge storage part on the uppermost layer. In the solid-state image pickup device of the photoconductive film stack type including the formed solid-state imaging device chip, the photoconductive film formed on the solid-state imaging device chip, and the transparent electrode formed on the photoconductive film, A conductive film is formed on at least two layers having a junction between amorphous silicon on the solid-state imaging device chip side and p-type amorphous silicon carbide on the transparent electrode side, and the doping concentration of boron into the amorphous silicon carbide is determined by the number of silicon and carbon atoms. Is set to 0.1% or less with respect to the sum of

【0018】ここで、p型アモルファス炭化シリコン層
は、水銀汚染のないプラズマCVD法で成長するのが望
ましい。また、p型ドーパントは必ずしもボロンに限る
ものではなく、他の不純物を用いることも可能である。
Here, it is desirable that the p-type amorphous silicon carbide layer is grown by a plasma CVD method free from mercury contamination. Further, the p-type dopant is not necessarily limited to boron, and other impurities can be used.

【0019】また、本発明(請求項3)は、半導体基板
に信号電荷蓄積部,信号電荷読み出し部及び信号電荷転
送部を形成し、かつ最上層に信号電荷蓄積部に電気的に
接続される画素電極を形成した固体撮像素子チップと、
この固体撮像素子チップ上に形成された光導電膜と、こ
の光導電膜上に形成された透明電極とを備えた光導電膜
積層型の固体撮像装置において、画素電極の少なくとも
光導電膜と接する表面層を、TaC,TaN,ZrC又
はZrNから形成したことを特徴とする。
Further, according to the present invention (claim 3), a signal charge accumulating portion, a signal charge reading portion and a signal charge transferring portion are formed on the semiconductor substrate, and the uppermost layer is electrically connected to the signal charge accumulating portion. A solid-state image sensor chip having a pixel electrode formed thereon;
In a photoconductive film stack type solid-state imaging device including a photoconductive film formed on the solid-state imaging device chip and a transparent electrode formed on the photoconductive film, at least the photoconductive film of the pixel electrode is in contact with the photoconductive film. The surface layer is formed of TaC, TaN, ZrC or ZrN.

【0020】[0020]

【作用】本発明(請求項1)において、下地基板の急峻
な段差や異物、即ち凹凸上に成膜されたa−Si系膜中
にはその段差や異物近傍に通常のSi−Si結合長より
引き伸ばされたSi−Si結合が多数発生する。そし
て、その引き伸ばされたSi−Si結合は、a−Si系
膜の禁制帯中の価電子帯端及び伝導帯端のアーバックテ
イル部などに多数の欠陥準位を発生することになる。こ
れらの引き伸ばされたSi−Si結合(弱いSi−Si
結合)は結合エネルギーが約1.6〜1.7eVと小さ
いため、通常のa−Si系膜の禁制帯幅(1.5〜2.
3eV)以上のエネルギー成分を含むエネルギービーム
照射によって夫々伝導帯端及び価電子帯端に励起された
電子−正孔の再結合エネルギーの解放によって容易に切
断される。
In the present invention (Claim 1), a normal Si-Si bond length is present in the vicinity of a step or a foreign substance, that is, in a steep step or a foreign substance of the underlying substrate, that is, in an a-Si film formed on the unevenness. Many expanded Si-Si bonds are generated. Then, the expanded Si—Si bonds generate a large number of defect levels at the valence band edge and the conduction band edge in the Arbach tail portion in the forbidden band of the a-Si film. These stretched Si-Si bonds (weak Si-Si
Since the bond energy of bond is as small as about 1.6 to 1.7 eV, the forbidden band width (1.5 to 2.
The electron-hole recombination energy excited at the conduction band edge and the valence band edge by irradiation with an energy beam containing an energy component of 3 eV) or more is easily broken.

【0021】本発明では、以上のメカニズムを利用して
a−Si系膜にエネルギービームを照射することによ
り、積極的に引き伸ばされた弱いSi−Si結合を切断
すると共にエネルギービーム照射中に熱アニール処理を
施こすことにより、切断されたSiネットワークを通常
の結合エネルギーの大きい強いSi−Si結合に再構築
することが特徴である。これにより、下地基板の凹凸部
近傍に生じたa−Si系膜中の多数の欠陥に起因する局
所的なリーク電流パスが減少し固体撮像装置の性能向上
や歩留り向上を実現することができる。
In the present invention, the a-Si system film is irradiated with the energy beam by utilizing the above mechanism, so that the weakly stretched weak Si-Si bond is broken and the thermal annealing is performed during the irradiation of the energy beam. The feature is that the broken Si network is reconstructed into a strong Si-Si bond having a large bond energy by applying a treatment. As a result, local leak current paths due to a large number of defects in the a-Si-based film generated in the vicinity of the irregularities of the base substrate are reduced, and the performance and yield of the solid-state imaging device can be improved.

【0022】また、本発明(請求項2)によれば、a−
SiC(p)におけるBのドーピング濃度を0.01%
以下に抑えることにより、従来と比較してa−SiC
(p)/a−Si(i)界面でのZener降伏の抑制
が効率良く行えることにより、リーク暗電流を小さく抑
えることが可能となり、素子動作時の微小白傷の発生を
抑制することができる。
According to the present invention (claim 2), a-
The doping concentration of B in SiC (p) is 0.01%
By suppressing below, a-SiC
Since the Zener breakdown at the (p) / a-Si (i) interface can be efficiently suppressed, the leak dark current can be suppressed to be small, and the occurrence of minute white scratches during the operation of the element can be suppressed. .

【0023】また、本発明(請求項3)において、Ta
C,TaN,ZrC及びZrNのような金属炭化物や金
属窒化物層は、スパッタリング法やCVD法、又はC,
N原子を含んだガス雰囲気での熱処理法などから形成さ
れるが、成膜条件をコントロールすることにより、夫々
炭素含有量や窒素含有量を0〜80%程度の範囲に再現
性良く制御できる特徴を有する。
In the present invention (claim 3), Ta
Metal carbide or metal nitride layers such as C, TaN, ZrC and ZrN can be deposited by sputtering or CVD, or by C,
Although it is formed by a heat treatment method in a gas atmosphere containing N atoms, the carbon content and the nitrogen content can be controlled with good reproducibility within a range of 0 to 80% by controlling the film forming conditions. Have.

【0024】これらの金属炭化物や金属窒化物を画素電
極の少くとも表面に用いてa−Si層を積層させると、
含有される炭素や窒素原子がa−Si層へ僅かながらも
拡散する。その結果、画素電極近傍のa−Si層である
水素化アモルファスシリコン膜(a−Si:H)は、夫
々炭素や窒素がドープされたa−Si:C:Hやa−S
i:N:Hに変化すると考えられる。その場合、a−S
i:C:Hやa−Si:N:Hはa−Si:H(通常光
学的バンドギャップ=1.7〜1.8eV)よりワイド
ギャップ化されるため、画素電極からの正孔注入がブロ
ックされることになる。この効果により、リーク暗電流
の低減、ひいては固定パターン雑音(暗電流ムラ)の低
減につながると予想される。
When these metal carbides and metal nitrides are used on at least the surface of the pixel electrode to stack the a-Si layer,
The contained carbon and nitrogen atoms diffuse slightly into the a-Si layer. As a result, the hydrogenated amorphous silicon film (a-Si: H), which is the a-Si layer near the pixel electrode, is a-Si: C: H or a-S doped with carbon or nitrogen, respectively.
It is considered to change to i: N: H. In that case, aS
Since i: C: H and a-Si: N: H are made wider than a-Si: H (usually optical bandgap = 1.7 to 1.8 eV), holes are injected from the pixel electrode. Will be blocked. It is expected that this effect will lead to a reduction in leak dark current, and eventually a reduction in fixed pattern noise (dark current unevenness).

【0025】本発明者らの実験では、種々ある金属炭化
物や金属窒化物のうちで、特にTaC,TaN,ZrC
及びZrNを画素電極材料に用いた場合に顕著な効果が
見られた。この理由として、上記の4種の材料において
最も炭素原子や窒素原子がa−Si膜中に拡散しやすい
機構が存在すると予想される。また、上記の4種の材料
は、電気抵抗率がいずれも200[μΩ・m]未満と非
常に小さいため、電極材料に用いるに際し、実用上の問
題は全くない。
In experiments conducted by the present inventors, among various metal carbides and metal nitrides, TaC, TaN, and ZrC were used.
A remarkable effect was observed when ZrN and ZrN were used as the pixel electrode material. As a reason for this, it is expected that there is a mechanism in which carbon atoms and nitrogen atoms are most easily diffused in the a-Si film among the above four materials. In addition, the above-mentioned four kinds of materials all have very low electrical resistivity of less than 200 [μΩ · m], and therefore, when used as an electrode material, there are no practical problems.

【0026】[0026]

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。 (実施例1)図1は、本発明の第1の実施例に係わる光
導電膜積層型固体撮像装置の素子構造を示す断面図であ
る。図中10はp型Si基板であり、この基板10の表
面層には蓄積ダイオード(信号電荷蓄積部)を構成する
n型層11,垂直CCDチャネル(信号電荷転送部)を
構成するn型層12,素子分離のためのp型層13が形
成されている。n型層12の上には、ゲート絶縁膜を介
して転送電極14,15が形成されている。転送電極1
4の一部は蓄積ダイオード11まで延長されており、こ
の部分が読出しゲート(信号電荷読出し部)となってい
る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. (Embodiment 1) FIG. 1 is a sectional view showing an element structure of a photoconductive film laminated type solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention. In the figure, 10 is a p-type Si substrate, and on the surface layer of the substrate 10, an n-type layer 11 forming a storage diode (signal charge storage portion) and an n-type layer forming a vertical CCD channel (signal charge transfer portion) 12. A p-type layer 13 for element isolation is formed. Transfer electrodes 14 and 15 are formed on the n-type layer 12 via a gate insulating film. Transfer electrode 1
Part of 4 is extended to the storage diode 11, and this part serves as a read gate (signal charge read section).

【0027】これらを形成した基板10上には層間絶縁
膜16が形成されている。この絶縁膜16上には、該絶
縁膜16に設けたコンタクトホールでn型層11と接す
るように引出し電極17が形成されている。さらにその
上には平坦化用絶縁膜18が形成され、この絶縁膜18
の上には該絶縁膜18に設けたコンタクトホールで引出
し電極17に接するように画素電極19が形成されてい
る。
An interlayer insulating film 16 is formed on the substrate 10 on which these are formed. An extraction electrode 17 is formed on the insulating film 16 so as to be in contact with the n-type layer 11 through a contact hole provided in the insulating film 16. Further, a planarizing insulating film 18 is formed on the insulating film 18.
A pixel electrode 19 is formed on top of the pixel electrode 19 so as to be in contact with the extraction electrode 17 through a contact hole provided in the insulating film 18.

【0028】このように構成された固体撮像素子チップ
20の上には、光導電膜30が堆積され、その上にIT
O等の透明電極40が形成されている。光導電膜30
は、光電変換層として機能するもので、水素化非晶質シ
リコン薄膜系から構成されている。具体的には固体撮像
素子チップ20側から、正孔ブロックキング層である水
素化非晶質カーバイド層(a−SiC:H)31、主た
る光導電層である水素化非晶質シリコン層(a−Si:
H)32、電子ブロッキンク層であるp型の非晶質シリ
コンカーバイド層(a−SiC:H)33が順次積層さ
れている。光導電膜20の膜厚は総合して1〜2μm程
度である。
A photoconductive film 30 is deposited on the solid-state image pickup device chip 20 thus constructed, and the IT film is formed on the photoconductive film 30.
A transparent electrode 40 such as O is formed. Photoconductive film 30
, Which functions as a photoelectric conversion layer, is composed of a hydrogenated amorphous silicon thin film system. Specifically, from the solid-state imaging device chip 20 side, a hydrogenated amorphous carbide layer (a-SiC: H) 31 which is a hole blocking layer, and a hydrogenated amorphous silicon layer (a which is a main photoconductive layer). -Si:
H) 32 and a p-type amorphous silicon carbide layer (a-SiC: H) 33, which is an electron block layer, are sequentially stacked. The total thickness of the photoconductive film 20 is about 1 to 2 μm.

【0029】本実施例装置の基本的な構成は従来装置と
同様であるが、本実施例では後述するように、光導電膜
に対して熱及びエネルギービームを用いてアニール処理
を施している点が従来とは異なっている。
Although the basic structure of the apparatus of this embodiment is the same as that of the conventional apparatus, in this embodiment, as will be described later, the photoconductive film is annealed by using heat and energy beams. Is different from the conventional one.

【0030】光導電膜30の形成方法としては、従来か
ら良く知られているシランガスをプラズマにより分解す
るプラズマCVD法や光エネルギーにより分解する光C
VD法を用いればよい。なお本実施例では、光導電膜3
0を形成する際の基板温度は230℃とした。また、光
導電膜30のアニール処理を施す前の固体撮像装置を断
面透過電子顕微鏡(TEM)で観察したところ、図2
(a)中に35で示すような線状欠陥が観察された。こ
の線状欠陥は、画素電極19の段差(100〜300n
m)によって生じると考えられる。この線状欠陥をエネ
ルギー分散型X線分折法(EDX法)で評価したとこ
ろ、明らかにSi密度の低下が認められた。即ち、結合
が引き伸ばされた弱いSi−Si結合が形成されている
箇所が35の線状欠陥と考えてよい。
As a method for forming the photoconductive film 30, a plasma CVD method which decomposes silane gas by plasma, which is well known in the art, and a light C which decomposes by light energy are used.
The VD method may be used. In this embodiment, the photoconductive film 3
The substrate temperature when forming 0 was 230 ° C. Further, the solid-state imaging device before the annealing treatment of the photoconductive film 30 was observed with a cross-section transmission electron microscope (TEM).
A linear defect as indicated by 35 was observed in (a). This linear defect is caused by a step difference (100 to 300 n) of the pixel electrode 19.
m). When this linear defect was evaluated by the energy dispersive X-ray diffraction method (EDX method), a clear decrease in Si density was observed. That is, it can be considered that the portion where the weak Si—Si bond in which the bond is extended is formed is the linear defect of 35.

【0031】本実施例では図1のように積層型固体撮像
装置を形成した後、光導電膜30を熱及びエネルギービ
ームを用いてアニールした。また、エネルギービームと
して光を用いた例を示す。
In this embodiment, after the laminated solid-state image pickup device is formed as shown in FIG. 1, the photoconductive film 30 is annealed by using heat and an energy beam. In addition, an example in which light is used as the energy beam is shown.

【0032】まず、図2(a)に示すように、図1の装
置を130℃〜成膜温度(本実施例では230℃)の適
切な範囲に温度設定した熱板50上に設置する。温度設
定の上限を成膜温度としたのは、成膜温度をこえてアニ
ールすると膜中の水素が多く脱離しやすくなり新たな欠
陥が生じる恐れがあるからである。上記の熱板50に設
置後、500W出力のキセノンランプから出た白色光を
レンズで集光して熱+光のアニールを施した。
First, as shown in FIG. 2A, the apparatus shown in FIG. 1 is placed on a hot plate 50 whose temperature is set in an appropriate range from 130 ° C. to a film forming temperature (230 ° C. in this embodiment). The reason why the upper limit of the temperature setting is set to the film formation temperature is that if the film formation temperature is exceeded and annealing is performed, a large amount of hydrogen in the film is likely to be desorbed and a new defect may occur. After installation on the heating plate 50, white light emitted from a xenon lamp with a 500 W output was condensed by a lens and heat + light annealing was performed.

【0033】ここで、固体撮像装置面上の光強度は約5
W/cm2 であった。熱+光の同時アニール時間は10
分〜300分の範囲の適切な時間で行った。その後、必
要に応じて熱のみで15分〜60分の範囲の時間でアニ
ール処理を行った。なお、本実施例ではアニール中は光
を連続的に照射したが、チョッパなどを利用して光をパ
ルス光で照射してもよい。
Here, the light intensity on the surface of the solid-state image pickup device is about 5.
It was W / cm 2 . Simultaneous heat + light annealing time is 10
Done for an appropriate time, ranging from minutes to 300 minutes. Then, if necessary, annealing treatment was performed by heat alone for a time in the range of 15 minutes to 60 minutes. In addition, in this embodiment, the light is continuously irradiated during the annealing, but the light may be irradiated as pulsed light by using a chopper or the like.

【0034】このように、熱+光のアニールを施した固
体撮像装置を断面TEMで観察したところ、図2(b)
に示すように、35の線状欠陥がほぼ消滅に近くなって
いることが分った。
As a result of observing the solid-state image pickup device thus annealed by heat + light with a cross-section TEM, FIG.
As shown in, it was found that 35 linear defects almost disappeared.

【0035】次に、本実施例の効果を調べるため、実際
に透明電極40に負電位、即ち光導電膜30に逆方向電
界を加えてデバイスを動作させ、ディスプレイ上の微小
白傷欠陥の発生の様子を調べた。微小白傷欠陥は光電変
換層の局所的なリーク電流が大きいときに発生するもの
である。
Next, in order to examine the effect of this embodiment, a negative potential is actually applied to the transparent electrode 40, that is, a reverse electric field is applied to the photoconductive film 30, and the device is operated to generate a minute white defect on the display. I checked the situation. The minute white defect is generated when the local leak current of the photoelectric conversion layer is large.

【0036】図3に、微小白傷欠陥の測定結果を従来例
と比較して示す。図3の横軸は光電変換層に加える電界
の大きさ、縦軸はディスプレイ上の微小白傷の数であ
る。図に示されるように明らかに、本実施例の方が熱+
光アニールを施さない従来例よりは同一電界で比べると
微小白傷の数が極度に少ない。即ち、局所的なリーク電
流の発生部位が著しく本実施例の装置では減少したこと
になる。
FIG. 3 shows the measurement results of minute white flaws in comparison with the conventional example. The horizontal axis in FIG. 3 represents the magnitude of the electric field applied to the photoelectric conversion layer, and the vertical axis represents the number of minute white scratches on the display. As shown in the figure, it is clear that this embodiment is more heat +
The number of minute white scratches is extremely smaller than that in the conventional example in which the optical annealing is not performed, when compared with the same electric field. That is, the local leak current is remarkably reduced in the area of the device of this embodiment.

【0037】本実施例の固体撮像装置では、a−Si層
に起因する光導電性残像を低減するため光電変換層に加
える逆方向電界は大きい方が望ましい。しかしながら、
図3の従来例に示す通り、電界が大きくなると微小白傷
が発生するため通常は、3×104 V/cm以下の電界
が用いられてきた。本実施例の装置構成にすれば、以上
述べたように電界を大きくしても微小白傷の発生が少く
なるので、さらに低残像化が図られるなど高性能化が実
現する。
In the solid-state image pickup device of this embodiment, it is desirable that the reverse electric field applied to the photoelectric conversion layer is large in order to reduce the photoconductive afterimage caused by the a-Si layer. However,
As shown in the conventional example of FIG. 3, when the electric field becomes large, minute white scratches are generated, so that an electric field of 3 × 10 4 V / cm or less has been usually used. According to the device configuration of the present embodiment, as described above, even if the electric field is increased, the occurrence of minute white scratches is reduced, so that the afterimage can be further reduced and high performance can be realized.

【0038】以上では、下地基板に段差がある場合につ
いて述べてきたが、ダストなど異物が下地基板に付着し
ている場合も同様である。要は、凹凸がある下地基板上
にa−Si層を形成しても本発明の構成をとれば、局所
的なリーク電流経路、即ち局所的リーク電流の発生箇所
の数が少なくなることが本発明のポイントである。
In the above, the case where there is a step on the base substrate has been described, but the same applies when foreign matter such as dust adheres to the base substrate. The point is that even if an a-Si layer is formed on a base substrate having irregularities, the number of local leak current paths, that is, the number of local leak current locations, is reduced by the configuration of the present invention. This is the point of the invention.

【0039】また、本発明は固体撮像装置に限るもので
はなく、a−Si層を用いた半導体装置に適用すること
ができ、例えばa−SiのTFTを用いた液晶ディスプ
レイやa−Si光導電層を感光部に用いた密着センサに
も適用できる。いずれも局所的なリーク電流欠陥の少い
高性能かつ高歩留りの半導体装置を実現できる。
The present invention is not limited to the solid-state image pickup device, but can be applied to a semiconductor device using an a-Si layer. For example, a liquid crystal display using an a-Si TFT or an a-Si photoconductive device. It can also be applied to a contact sensor using a layer in the photosensitive portion. In either case, a high-performance and high-yield semiconductor device with few local leakage current defects can be realized.

【0040】また、実施例ではSi−Si結合に主に着
目して述べてきたが、異種の原子結合、例えばSi−G
e結合,Si−C結合,Si−N結合や同種の原子結
合、例えばC−C結合よりなるネットワークを有する薄
膜を含む半導体装置にも応用することができる。
Although the embodiments have been described mainly focusing on the Si--Si bond, different kinds of atomic bonds such as Si--G are used.
The present invention can also be applied to a semiconductor device including a thin film having a network formed of e-bond, Si-C bond, Si-N bond, or atomic bond of the same kind, for example, C-C bond.

【0041】また、非晶質薄膜を含んだ半導体装置に限
定されるものでなく、微結晶を含んだ非晶質薄膜或いは
多結晶膜(例えば多結晶Si膜)を用いた半導体装置に
も本発明が応用できることは言うまでもない。 (実施例2)次に、本発明の第2の実施例について説明
する。この実施例は、光導電膜として用いたa−SiC
(p)層のドーピング濃度を最適化したものである。素
子構造は前記図1に示したものと同様であり、光導電膜
30の構成としては、a−SiC(i)/a−Si:H
(i)/a−SiC:H(p)を採用した。
Further, the present invention is not limited to a semiconductor device including an amorphous thin film, and is also applicable to a semiconductor device using an amorphous thin film containing microcrystals or a polycrystalline film (for example, a polycrystalline Si film). It goes without saying that the invention can be applied. (Embodiment 2) Next, a second embodiment of the present invention will be described. In this example, a-SiC used as a photoconductive film was used.
The doping concentration of the (p) layer is optimized. The device structure is similar to that shown in FIG. 1, and the photoconductive film 30 has a structure of a-SiC (i) / a-Si: H.
(I) / a-SiC: H (p) was adopted.

【0042】この構成において、各層の膜厚はそれぞれ
20nm,1.8μm,20nmとした。また、各層の
形成方法としては、a−SiC:H(i),a−Si
C:H(p)層にはプラズマCVD法を、またa−S
i:H層には水銀増感光CVD法を用いた。
In this structure, the film thickness of each layer was 20 nm, 1.8 μm and 20 nm, respectively. In addition, as a method of forming each layer, a-SiC: H (i), a-Si
Plasma CVD method for the C: H (p) layer, and a-S
A mercury-sensitized CVD method was used for the i: H layer.

【0043】a−Si層ダイオードに逆バイアスを印加
したときの電流密度−電圧特性を、図4に示す。同図に
示した曲線Aはa−SiC:H(p)層のBドーピング
濃度が0.25%の場合を、一方、曲線BにはBドーピ
ング濃度が0.1%の場合を示した。この図から明らか
なように、Bドーピング濃度を0.1%とすることによ
り、逆バイアス時の電流、即ちリーク暗電流の発生が抑
制されていることが分かる。
FIG. 4 shows current density-voltage characteristics when a reverse bias is applied to the a-Si layer diode. A curve A shown in the figure shows the case where the B doping concentration of the a-SiC: H (p) layer is 0.25%, while a curve B shows the case where the B doping concentration is 0.1%. As is clear from this figure, by setting the B doping concentration to 0.1%, it is possible to suppress the generation of the current during reverse bias, that is, the leak dark current.

【0044】また、a−SiC:H(p)層のBドーピ
ング濃度が逆バイアス時のリーク電流に与える影響をよ
り明確にするために、Bドーピング濃度を縦軸に、逆バ
イアス10V印加時のリーク暗電流を縦軸に示したもの
が図5である。同図から分かるように、Bドーピング濃
度が0.1%より大きい場合、また0.01%より小さ
い場合にリーク暗電流が増加している。Bドーピング濃
度が0.01%より小さい場合にリーク暗電流が増大す
る原因としては、電子の注入阻止性能が劣化したためと
考えられる。
In order to clarify the effect of the B doping concentration of the a-SiC: H (p) layer on the leak current during reverse bias, the B doping concentration is plotted on the vertical axis and a reverse bias of 10 V is applied. FIG. 5 shows the leak dark current on the vertical axis. As can be seen from the figure, the leak dark current increases when the B doping concentration is higher than 0.1% and lower than 0.01%. It is considered that the reason why the leak dark current increases when the B doping concentration is less than 0.01% is that the electron injection blocking performance is deteriorated.

【0045】なお、本実施例においては、光導電膜30
をa−SiC(i)/a−Si:H(i)/a−Si
C:H(p)の3層構造としたが、正孔ブロッキング層
31としてのa−SiC:H(i)層はa−SiC:H
(n)層としてもよく、さらにこれを省略することもで
きる。 (実施例3)次に、本発明の第3の実施例について説明
する。
In this embodiment, the photoconductive film 30 is used.
A-SiC (i) / a-Si: H (i) / a-Si
Although the three-layer structure of C: H (p) is used, the a-SiC: H (i) layer as the hole blocking layer 31 is a-SiC: H.
It may be a layer (n), or may be omitted. (Embodiment 3) Next, a third embodiment of the present invention will be described.

【0046】図6は、同実施例に係わる光導電膜積層型
固体撮像装置の素子構造を示す断面図である。なお、図
1と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は
省略する。
FIG. 6 is a sectional view showing the element structure of the photoconductive film laminated type solid-state image pickup device according to the same embodiment. The same parts as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0047】基本的な構成は図1と同様であるが本実施
例は、第1の実施例とは画素電極の材料が異なってお
り、さらに光導電膜の積層構造が異なっている。即ち、
画素電極69は、Mo,Tiなどの高融点金属膜ではな
く、金属炭化物,金属窒化物のTaC,TaN,ZrC
又はZrNで形成されている。また、光導電膜70は、
主たる光導電膜であるa−Si:H(i)層72と、電
子ブロッキング層としてのa−SiC:H(p)層73
で構成されている。なお、図6では基板10としてp+
型基板の上にpウェルを形成したものを用いているが、
図1のようにp型基板をそのまま用いてもよい。
Although the basic structure is the same as that of FIG. 1, the present embodiment is different from the first embodiment in the material of the pixel electrode and is different in the laminated structure of the photoconductive film. That is,
The pixel electrode 69 is not a refractory metal film of Mo, Ti, etc., but TaC, TaN, ZrC of metal carbide or metal nitride.
Alternatively, it is made of ZrN. In addition, the photoconductive film 70 is
An a-Si: H (i) layer 72 which is a main photoconductive film and an a-SiC: H (p) layer 73 which is an electron blocking layer.
It is composed of. In FIG. 6, p + is used as the substrate 10.
Although a p-well is formed on the mold substrate,
The p-type substrate may be used as it is as shown in FIG.

【0048】以下、画素電極の形成方法について詳細に
説明する。TaC,TaN,ZrC及びZrN膜の製造
方法として最も広く用いられているのはスパッタリング
法である。スパッタリング法の一つとしては、一般によ
く知られているように単体金属ターゲットTa,Zrを
2 又はCH4 の雰囲気中で直流又は交流スパッタする
方法である。もう一つの方法は、化合物ターゲットTa
C,ZrC及びZrNから直接スパッタリング成膜する
やり方である。この場合もスパッタリング雰囲気にN2
又はCH4 を導入する方法も広く用いられる。
The method of forming the pixel electrode will be described in detail below. The most widely used method for producing TaC, TaN, ZrC and ZrN films is the sputtering method. One of the sputtering methods is, as is generally well known, a method in which a single metal target Ta, Zr is subjected to DC or AC sputtering in an atmosphere of N 2 or CH 4 . Another method is compound target Ta
This is a method of directly forming a film by sputtering from C, ZrC and ZrN. Also in this case, the sputtering atmosphere should be N 2
Alternatively, a method of introducing CH 4 is also widely used.

【0049】これらの他に予め、TaやZr薄膜を形成
しておいた後、N2 又はCH4 雰囲気中で急熱,急冷処
理(Rapid Themal Anmeal )することにより化合物化す
る方法がある。急熱する温度は個々の材料で異なるが、
大体500〜1300℃の範囲が広く用いられる。
In addition to these methods, there is a method of forming a Ta or Zr thin film in advance and then compounding it by rapid heating and rapid cooling (Rapid Themal Anmeal) treatment in an N 2 or CH 4 atmosphere. The temperature of rapid heating differs depending on the individual material,
A range of about 500 to 1300 ° C is widely used.

【0050】また、気相成長(CVD)法も広く用いら
れ、この場合は熱CVDやプラズマCVD法があるが、
原料ガスとしてTaCl4 やZrCl4 ガスとN2 やC
4ガスの混合ガスを用いればよい。勿論、窒化物形成
のときはN2 ガス、炭化物形成のときはCH4 ガスを用
いればよい。
A vapor phase growth (CVD) method is also widely used. In this case, there are a thermal CVD method and a plasma CVD method.
TaCl 4 or ZrCl 4 gas and N 2 or C as source gas
A mixed gas of H 4 gas may be used. Of course, N 2 gas may be used for forming the nitride and CH 4 gas may be used for forming the carbide.

【0051】以上、TaC,TaN,ZrC及びZrN
の成膜法を概説したが、本発明の固体撮像装置の場合は
画素電極69の膜厚は、50〜500nmの範囲にあれ
ばよい。要は、透明電極40を介して入射した光が画素
電極69で遮断され、固体撮像素子チップ60のCCD
チャネル12へ光が漏れこまないようにする、つまりス
ミア防止に役立つ程度の膜厚であればよい。なお、画素
電極69の分離形成法は通常のエッチング法、例えばフ
ォトレジスト工程を用いたウェットエッチング法やドラ
イエッチング法を用いればよい。
Above, TaC, TaN, ZrC and ZrN
Although the film forming method is outlined, in the case of the solid-state imaging device of the present invention, the film thickness of the pixel electrode 69 may be in the range of 50 to 500 nm. In short, the light incident through the transparent electrode 40 is blocked by the pixel electrode 69, and the CCD of the solid-state imaging device chip 60 is
The film thickness may be such that light does not leak into the channel 12, that is, it helps prevent smear. The method for separating and forming the pixel electrode 69 may be an ordinary etching method, for example, a wet etching method or a dry etching method using a photoresist process.

【0052】画素電極69を分離形成した後に、a−S
i膜70が形成される。a−Si膜70は、良く知られ
ているようにプラズマCVD法や光CVD法などで形成
される。基板温度は50〜500℃、ガス圧力は20m
Torr〜10Torr、SiH4 やCH4 などの炭化水素ガ
ス、そしてH2 ガスやHeガスなどのガス流量は5sccm
〜5SLM の範囲が一般に用いられ、分解エネルギー源は
プラズマCVD法の場合は通常RF(13.56MH
z)の高周波電力が用いられるが、電力の範囲は500
〜1kWの範囲、光CVD法の場合はSiH4 ガスが分
解されるような紫外光源、例えば低圧水銀ランプや重水
素ランプが用いられる。また、a−Si膜70の膜厚は
通常1μm〜3μm程度が用いられる。透明電極40に
は通常ITOが用いられる。
After the pixel electrode 69 is formed separately, a-S
The i film 70 is formed. The a-Si film 70 is formed by a plasma CVD method, a photo CVD method, or the like, as is well known. Substrate temperature is 50-500 ° C, gas pressure is 20 m
Torr to 10 Torr, hydrocarbon gas such as SiH 4 and CH 4 , and gas flow rate of H 2 gas and He gas are 5 sccm
The range of ~ 5 SLM is generally used, and the decomposition energy source is usually RF (13.56 MH) in the case of the plasma CVD method.
z) high frequency power is used, but the power range is 500
In the range of ˜1 kW, in the case of the photo CVD method, an ultraviolet light source that decomposes SiH 4 gas, for example, a low pressure mercury lamp or a deuterium lamp is used. The thickness of the a-Si film 70 is usually about 1 μm to 3 μm. ITO is usually used for the transparent electrode 40.

【0053】以上のように形成した固体撮像装置の暗電
流ムラ特性、即ち固定パターン雑音特性は次の通りであ
った。即ち、画素電極としてTaCを用いた本実施例の
固定パターン雑音は30el.rmsであり、Tiを用いた従
来例は100el.rmsであった。本実施例では、画素電極
にTaCを用いた例を示したが、TaN,ZrC,Zr
Nのいずれを用いた場合も固定パターン雑音は40el.r
ms以下であり、従来よりも明らかに効果が認められた。
The dark current unevenness characteristics of the solid-state image pickup device formed as described above, that is, the fixed pattern noise characteristics, are as follows. That is, the fixed pattern noise of this embodiment using TaC as the pixel electrode was 30 el.rms, and the conventional example using Ti was 100 el.rms. In this embodiment, an example in which TaC is used for the pixel electrode has been shown, but TaN, ZrC, Zr
The fixed pattern noise is 40el.r when any of N is used.
It was less than ms, and the effect was clearly recognized as compared with the conventional one.

【0054】このように本実施例によれば、画素電極6
9としてTaC,TaN,ZrC又はZrNを用いてい
るので、画素電極69からa−Si:H層72へ炭素や
窒素が僅かに拡散し、これが正孔ブロック層の機能を果
たすことになる。このため、画素電極69からの光導電
膜70への正孔注入を確実にブロックすることができ、
リーク暗電流の低減、ひいては固定パターン雑音(暗電
流ムラ)の低減をはかることができる。また、図1に示
した正孔ブロッキング層を設ける必要がなくなることか
ら、光導電膜70の製造工程が簡略化される利点もあ
る。
As described above, according to this embodiment, the pixel electrode 6
Since TaC, TaN, ZrC or ZrN is used as 9, carbon and nitrogen are slightly diffused from the pixel electrode 69 to the a-Si: H layer 72, and this serves as a hole blocking layer. Therefore, hole injection from the pixel electrode 69 to the photoconductive film 70 can be surely blocked.
It is possible to reduce the leak dark current, and thus the fixed pattern noise (dark current unevenness). Further, since it is not necessary to provide the hole blocking layer shown in FIG. 1, there is an advantage that the manufacturing process of the photoconductive film 70 is simplified.

【0055】なお本実施例では、画素電極69の全体
が、TaC,TaN,ZrC,ZrNのうちいずれか一
つの材料で形成された例を示したが、本発明はそれに限
定されるわけではなく、少くともa−Si膜と接する画
素電極表面層がTaC,TaN,ZrC,ZrNのうち
いずれか一つの材料で形成されていればよい。また、本
実施例ではa−Si膜がi型a−Si:Hとp型a−S
iC:Hが順次積層された例を示したが、勿論、この他
の積層構造でも有用なことは言うまでもない。
In this embodiment, the pixel electrode 69 is entirely made of any one material of TaC, TaN, ZrC and ZrN, but the present invention is not limited thereto. At least the pixel electrode surface layer in contact with the a-Si film may be formed of any one material of TaC, TaN, ZrC, and ZrN. In this embodiment, the a-Si film is i-type a-Si: H and p-type a-S.
An example in which iC: H is sequentially laminated is shown, but it goes without saying that other laminated structures are also useful.

【0056】[0056]

【発明の効果】以上詳述したように本発明(請求項1)
によれば、a−Si膜に熱+エネルギービームのアニー
ルを施すことにより、局所的なリーク電流経路の数が大
きく減少するため、高性能化すると共に製造歩留まりが
向上する効果がある。
As described above in detail, the present invention (Claim 1)
According to the method, annealing the heat + energy beam on the a-Si film greatly reduces the number of local leak current paths, and thus has the effect of improving the performance and improving the manufacturing yield.

【0057】また、本発明(請求項2)によれば、a−
SiC(p)層による透明電極からの電子の注入の阻止
と、a−SiC(p)/a−Si(i)界面でのZen
er降伏の抑制とが両立されることにより、リーク暗電
流が抑制されるため、素子動作時の微小白傷の発生が抑
えられる。
According to the present invention (claim 2), a-
Blocking electrons from the transparent electrode by the SiC (p) layer and Zen at the a-SiC (p) / a-Si (i) interface
By suppressing the er breakdown at the same time, the leak dark current is suppressed, so that the occurrence of minute white scratches during the operation of the element can be suppressed.

【0058】また、本発明(請求項3)によれば、画素
電極のa−Si膜と接する表面層をTaC,TaN,Z
rC及びZrNのうちいずれかの材料から形成すること
により、光導電膜積層型固体撮像装置の暗電流ムラ、即
ち固定パターン雑音を大きく低減することができる。
According to the present invention (claim 3), the surface layer in contact with the a-Si film of the pixel electrode is made of TaC, TaN, Z.
By using one of the materials rC and ZrN, it is possible to greatly reduce the dark current unevenness of the photoconductive film stack type solid-state imaging device, that is, fixed pattern noise.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】第1の実施例に係わる固体撮像装置の素子構造
を示す断面図。
FIG. 1 is a sectional view showing an element structure of a solid-state imaging device according to a first embodiment.

【図2】第1の実施例における光導電膜のアニール前後
の様子を示す模式図。
FIG. 2 is a schematic diagram showing a state before and after annealing of the photoconductive film in the first example.

【図3】光電変換層に加わる電界強度と微小白傷数との
関係を示す特性図。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the electric field strength applied to the photoelectric conversion layer and the number of minute white scratches.

【図4】第2の実施例を説明するためのもので、a−S
i膜に逆バイアスを印加したときの電流密度−電圧特性
を示す図。
FIG. 4 is a view for explaining a second embodiment, and
The figure which shows the current density-voltage characteristic at the time of applying a reverse bias to i film.

【図5】a−SiC:H(p)層のBドーピング濃度と
逆バイアス印加時のリーク暗電流との関係を示す特性
図。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing a relationship between a B doping concentration of an a-SiC: H (p) layer and a leak dark current when a reverse bias is applied.

【図6】第3の実施例に係わる固体撮像装置の素子構造
を示す断面図。
FIG. 6 is a sectional view showing an element structure of a solid-state imaging device according to a third embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…p型Si基板 11…n型層(信号電荷蓄積部) 12…n型層(信号電荷転送部) 13…p型層(素子分離層) 14,15…転送電極 14a…読出しゲート部(信号電荷読出し部) 16…層間絶縁膜 17…引き出し電極 18…平坦化用絶縁膜 19,69…画素電極、 20,60…固体撮像素子チップ 30,70…光導電膜 31…a−SiC:H(i)層 32,72…a−Si:H(i)層 33,73…a−SiC:H(p)層 40…ITO膜(透明電極) 10 ... p-type Si substrate 11 ... n-type layer (signal charge storage part) 12 ... n-type layer (signal charge transfer part) 13 ... p-type layer (element separation layer) 14, 15 ... transfer electrode 14a ... read gate part ( Signal charge reading section) 16 ... Interlayer insulating film 17 ... Extraction electrode 18 ... Planarization insulating film 19, 69 ... Pixel electrode, 20, 60 ... Solid-state imaging device chip 30, 70 ... Photoconductive film 31 ... a-SiC: H (I) Layer 32, 72 ... a-Si: H (i) layer 33, 73 ... a-SiC: H (p) layer 40 ... ITO film (transparent electrode)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井原 久典 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 ▲もたい▼ 貴子 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 石塚 芳樹 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 古川 章彦 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 飯田 義典 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Hisanori Ihara, 1 Komukai Toshiba Town, Saiwai-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture, Corporate Research & Development Center, Toshiba Corporation (72) Inventor ▲ Motai ▼ Takako, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Komukai Toshiba Town No. 1 Incorporated company Toshiba Research & Development Center (72) Inventor Yoshiki Ishizuka Komukai City, Kawasaki City Kanagawa Prefecture Komu Toshiba No. 1 Incorporated Company Toshiba Research and Development Center (72) Inventor Akihiko Furukawa Kanagawa Komukai Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Toshiba Research & Development Center, Ltd. (72) Inventor Yoshinori Iida Komukai-shishi-cho, Saiwai-ku, Kawasaki, Kanagawa 1st, Toshiba Research & Development Center

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】半導体基板に信号電荷蓄積部,信号電荷読
み出し部及び信号電荷転送部を形成し、かつ最上層に信
号電荷蓄積部に電気的に接続される画素電極を形成した
固体撮像素子チップと、この固体撮像素子チップ上に形
成された光導電膜と、この光導電膜上に形成された透明
電極とを備えた光導電膜積層型の固体撮像装置におい
て、 前記光導電膜は非晶質シリコン系膜であり、局所的なリ
ーク電流経路の数を減少させるために、熱及びエネルギ
ービームを用いてアニールされてなることを特徴とする
固体撮像装置。
1. A solid-state image sensor chip having a semiconductor substrate on which a signal charge storage portion, a signal charge read portion, and a signal charge transfer portion are formed, and a pixel electrode electrically connected to the signal charge storage portion is formed on the uppermost layer. And a photoconductive film formed on the solid-state imaging element chip and a transparent electrode formed on the photoconductive film, wherein the photoconductive film is amorphous. A solid-state imaging device, which is a high-quality silicon-based film and is annealed by using heat and an energy beam in order to reduce the number of local leakage current paths.
【請求項2】半導体基板に信号電荷蓄積部,信号電荷読
み出し部及び信号電荷転送部を形成し、かつ最上層に信
号電荷蓄積部に電気的に接続される画素電極を形成した
固体撮像素子チップと、この固体撮像素子チップ上に形
成された光導電膜と、この光導電膜上に形成された透明
電極とを備えた光導電膜積層型の固体撮像装置におい
て、 前記光導電膜は、固体撮像素子チップ側のアモルファス
シリコンと透明電極側のp型アモルファス炭化シリコン
との接合を有するものであり、アモルファス炭化シリコ
ンへのボロンのドーピング濃度を、シリコンと炭素の原
子数の和に対し0.1%以下に設定してなることを特徴
とする固体撮像装置。
2. A solid-state image sensor chip having a semiconductor substrate on which a signal charge storage portion, a signal charge read-out portion, and a signal charge transfer portion are formed, and a pixel electrode electrically connected to the signal charge storage portion is formed on the uppermost layer. And a photoconductive film formed on the solid-state imaging element chip, and a transparent conductive film formed on the photoconductive film, wherein the photoconductive film is a solid-state image pickup device. It has a junction between amorphous silicon on the side of the imaging device and p-type amorphous silicon carbide on the side of the transparent electrode, and the doping concentration of boron into the amorphous silicon carbide is 0.1 with respect to the sum of the numbers of atoms of silicon and carbon. % Of the solid-state imaging device.
【請求項3】半導体基板に信号電荷蓄積部,信号電荷読
み出し部及び信号電荷転送部を形成し、かつ最上層に信
号電荷蓄積部に電気的に接続される画素電極を形成した
固体撮像素子チップと、この固体撮像素子チップ上に形
成された光導電膜と、この光導電膜上に形成された透明
電極とを備えた光導電膜積層型の固体撮像装置におい
て、 前記画素電極は、少なくとも前記光導電膜と接する表面
層がTaC,TaN,ZrC又はZrNから形成されて
なることを特徴とする固体撮像装置。
3. A solid-state image sensor chip having a semiconductor substrate on which a signal charge storage portion, a signal charge read-out portion, and a signal charge transfer portion are formed, and a pixel electrode electrically connected to the signal charge storage portion is formed on the uppermost layer. And a photoconductive film formed on the solid-state imaging device chip and a transparent electrode formed on the photoconductive film, wherein the pixel electrode is at least the pixel electrode. A solid-state imaging device, wherein a surface layer in contact with the photoconductive film is formed of TaC, TaN, ZrC or ZrN.
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